גישה מלמעלה למטה לעומת מלמטה למעלה בננוטכנולוגיה
ננוטכנולוגיה מעצבת, מפתחת או מבצעת מניפולציות בקנה מידה ננומטר (מיליארדית המטר). גודל האובייקט המתמודד צריך להיות פחות ממאה ננומטר לפחות בממד אחד כדי לקרוא למשהו להיות ננוטכנולוגיה. ישנן שתי גישות עיצוב בננוטכנולוגיה הידועות בשם מלמעלה למטה ולמטה למעלה. שתי הגישות שימושיות בסוגים שונים של יישומים.
גישה מלמעלה למטה
בגישה מלמעלה למטה, אובייקטים בקנה מידה ננו מיוצרים על ידי עיבוד אובייקטים גדולים יותר בגודלם. ייצור מעגלים משולבים הוא דוגמה לננוטכנולוגיה מלמעלה למטה.כעת היא גדלה לרמה של ייצור מערכות ננו אלקטרומכניות (NEMS) שבהן רכיבים מכניים זעירים כגון מנופים, קפיצים ותעלות נוזל יחד עם מעגלים אלקטרוניים מוטבעים בשבב זעיר. חומרי המוצא בייצורים אלה הם מבנים גדולים יחסית כגון גבישי סיליקון. ליטוגרפיה היא הטכנולוגיה שאפשרה ייצור שבבים זעירים כאלה וישנם סוגים רבים שלהם כגון ליטוגרפיה של צילום, קרן אלקטרונים וליטוגרפיה קרן יונים.
ביישומים מסוימים טוחנים חומרים בקנה מידה גדול יותר בקנה מידה ננומטרי כדי להגדיל את יחס הגובה-רוחב של שטח הפנים לנפח עבור תגובתיות רבה יותר. ננו זהב, ננו כסף וננו דו תחמוצת טיטניום הם חומרים ננו כאלה המשמשים ביישומים שונים. תהליך ייצור ננו-צינורות פחמן באמצעות גרפיט בתנור קשת הוא דוגמה נוספת לננוטכנולוגיה בגישה מלמעלה למטה.
גישה מלמטה למעלה
גישה מלמטה למעלה בננוטכנולוגיה היא יצירת ננו-מבנים גדולים יותר מאבני בניין קטנות יותר כמו אטומים ומולקולות.הרכבה עצמית בה מבנים ננו רצויים מורכבים בעצמם ללא כל מניפולציה חיצונית. כאשר גודל האובייקט הולך וקטן בייצור ננו, הגישה מלמטה למעלה היא השלמה חשובה יותר ויותר לטכניקות מלמעלה למטה.
ניתן למצוא ננוטכנולוגיה בגישה מלמטה למעלה מהטבע, שבו מערכות ביולוגיות ניצלו כוחות כימיים כדי ליצור מבנים לתאים הדרושים לחיים. מדענים ומהנדסים מבצעים מחקר כדי לחקות את האיכות הזו של הטבע כדי לייצר צבירים קטנים של אטומים ספציפיים, שיכולים לאחר מכן להתאסף בעצמם למבנים מורכבים יותר. ייצור של ננו-צינורות פחמן בשיטת פילמור מזורז מתכת הוא דוגמה טובה לננוטכנולוגיה בגישה מלמטה למעלה.
מכונות מולקולריות וייצור הוא מושג של ננוטכנולוגיה מלמטה למעלה שהציג אריק דרקסלר בספרו Engines of Creation ב-1987. הוא נתן דעות מוקדמות כיצד ניתן להשתמש במערכות מכניות בקנה מידה ננו לבניית מבנים מולקולריים מורכבים.
הבדל בין גישה מלמעלה למטה וגישה מלמטה למעלה בננוטכנולוגיה
1. תהליך הייצור מתחיל ממבנים גדולים יותר בגישה מלמעלה למטה שבהם אבני הבניין ההתחלתיות קטנות יותר מהתכנון הסופי בגישה מלמטה למעלה
2. ייצור מלמטה למעלה יכול לייצר מבנים עם משטחים וקצוות מושלמים (לא מקומטים ואינו מכיל חללים וכו') למרות שמשטחים וקצוות שנוצרו על ידי ייצור מלמעלה למטה אינם מושלמים מכיוון שהם מקומטים או מכילים חללים.
3. טכנולוגיות ייצור בגישה מלמטה למעלה הן חדשות יותר מייצור מלמעלה למטה וצפויות להוות חלופה עבורו ביישומים מסוימים (לדוגמה: טרנזיסטורים).
4. למוצרים בגישה מלמטה למעלה יש דיוק גבוה יותר (שליטה רבה יותר על ממדי החומר) ולכן יכולים לייצר מבנים קטנים יותר בהשוואה לגישה מלמעלה למטה.
5. בגישה מלמעלה למטה יש כמות מסוימת של חומר מבוזבז מכיוון שחלקים מסוימים מוסרים מהמבנה המקורי בניגוד לגישה מלמטה למעלה שבה שום חלק חומרי לא מוסר.
